數據庫原理及應用實踐教學改革

　　摘要：針對數據庫原理及應用課程教學過程中存在的重原理輕應用的問題，在總結數據庫課程教學特點的基礎上，對數據庫實踐教學改革進行探討，分析附屬式、跟隨式以及結構化實踐三種教學模式，并通過教學效果分析，說明數據庫結構化實踐教學的改革取得良好效果。
　　關鍵詞：數據庫；實驗方法；實踐教學；教學改革
　　
　　1研究背景
　　數據庫原理及應用課程一般包含數據庫原理與數據庫應用開發兩個部分的內容。原理部分以數據庫設計方法為目標，重點講述數據庫的基本概念、基本原理以及基本技術；應用部分以現實需求為基礎，應用數據庫設計方法，在數據庫管理系統支持下，采用程序設計語言實現應用系統的詳細過程。數據庫課程的教學目標就是要求學生掌握數據庫設計方法，同時掌握數據庫應用系統的開發過程。但傳統的教學內容主要以原理為核心，較少涉及數據庫系統的應用，教學過程較為抽象，缺乏直觀性，學生在學習過程中很難深入理解這些原理。因此，必須大力加強數據庫應用實踐教學，使“原理”與“應用”并重，用“應用”帶動和強化“原理”內容，用“原理”指導“應用”的教學效果。
　　結合我院數據庫原理及應用國家精品課程建設，我們已經建立了“數據庫原理及應用”的教材體系[1]，并建設了相應的實驗體系、考試體系以及網絡課程等。在實際的教學過程中，為適應新的教學需求，改變重原理輕實踐的狀況，我們不斷對實驗體系進行改進，并應用于實踐教學中，不斷改革數據庫實踐教學，取得了良好效果。
　　2課程特點
　　數據庫原理及應用是一門兼有理論和實踐的綜合性課程。它不僅要求學生掌握課堂理論知識，更重要的是，通過大量的實踐教學，使學生能夠結合一種數據庫管理系統，利用程序設計語言，設計出一個小型的數據庫應用系統。基于這樣的要求，該課程就不僅僅是單一的課堂理論教學，而應該是一個完整的集理論教學和實踐于一體的教學體系。圖1列舉了課程的內容體系。
　　數據庫原理及應用課程的內容體系分為3個部分，分別為數據庫原理、數據庫管理系統DBMS以及面向對象的程序設計語言。因此，數據庫課程教學必須與這3部分內容相適應，將基礎知識講授、上機操作等方式作為課程內容的支撐系統。使學生掌握數據庫設計的理論方法，在某種數據庫管理系統的支持下，用面向對象的程序語言完成數據庫應用系統的設計。
　　可見，在數據庫課程的教學過程中，理論課與實踐課必須齊頭并進。理論必須通過實踐來貫徹，而實踐課又要建立在理論課的基礎之上，過去那種重理論輕實踐的思想已經不能適應新的人才培養目標。在數據庫原理的理論課講授中，我們采用了多層次、多環節的案例驅動導學模式，促使學生結合案例理解數據庫設計的思想。并通過搭建內容合理、與課程內容相配套的實驗體系加強學生的實踐能力與自主學習能力。
　　3實踐教學改革
　　在多年的教學過程中，我們不斷改進教學方法，對實踐的要求不斷加強。結合國家精品課程的建設任務，我們對數據庫課程的實踐教學也進行了相應改革。從過去的附屬式實驗課到與課程內容相配合的跟隨式實驗，再到結構化實驗，我們在實踐教學的要求、方法及手段上都進行了大力改進。
　　3.1附屬式實踐教學
　　附屬式實踐教學就是將實踐課作為理論課的附屬，在理論課結束后，集中安排一部分課時上機，進行數據庫的實踐[2]。對于本科60學時的數據庫原理及應用課程，通常安排課內上機10學時，課外上機10學時。上機課一般選用Access或Visual Foxpro這兩種數據庫管理系統，因為其簡單易用，上手快，不需要花費太多時間去摸索復雜的軟件系統。上機時，學生以小組為單位，每個學生獨立上機，并進行小組內討論，以每個小組選定的一個信息管理系統的課題為內容，在數據庫管理系統的環境下，進行數據庫設計、表設計、SQL查詢設計以及應用程序的表單報表等設計。通常將20學時的上機課統一安排，2個學時一次課，一次課完成一個目標，最后每個小組分別完成一個數據庫信息管理系統應用項目的開發，并提交一份實驗報告，描述整個系統設計實現的過程。
　　附屬式實踐教學有利于學生集中精力，在短時間內結合理論知識，進行數據庫系統的開發設計。但由于其不能主動結合理論知識，在實踐過程中，容易造成理論與實踐的脫節。學生上實驗課時，對數據庫管理系統較為陌生，對實驗課的總體要求感覺難度較大，也沒有編程語言的前序學習基礎。因此，除少數自學能力較強的學生能夠按時按要求完成實驗課程，并通過實驗課進一步掌握了理論知識，達到理論與實踐相統一的效果外，大多數學生沒有深刻理解和掌握數據庫原理及應用課程的教學要求。
　　3.2跟隨式實踐教學
　　跟隨式實驗指實驗課緊緊跟隨著理論課的進度而開設，選用的數據庫管理系統為SQL Server 2005。在數據庫原理課程的教學中，用一個學生容易熟悉的大案例——教學管理系統開展，有順序地介紹數據庫的基本概念、關系代數、SQL語言、關系數據庫模式設計方法、數據庫應用系統設計以及數據庫的保護技術等內容[3]。我們選用由李俊山教授等編寫、清華大學出版社于2009年出版的教材《數據庫原理及應用(SQL Server)》[1]及配套教材《數據庫原理及應用(SQL Server 2005)教學指導與習題解答》。通過深入理解數據庫課程的特點，制定了數據庫實踐課程的內容，分成5個實驗，如表1所示。
　　表1中列舉的實驗內容跟隨著理論課的進度開設。當學完相應的理論課內容后，就立刻安排一次實驗課，以利于知識的保鮮和鞏固。在學習完數據庫的基本概念后，安排一次集中上機操作，內容是“認識SQL Server”，教師通過演示SQL Server的安裝過程以及軟件模塊，并結合科研成果，展示一個在SQL Server下開發的數據庫應用系統，讓學生對數據庫有一個感性認識，結合理論內容，初步了解數據庫的概念含義。在學習了關系模型后，學生就可以進行“數據庫的基礎操作”的實驗了。數據庫的基礎操作實驗包括建立數據庫、建表等內容，直觀地讓學生了解關系模型的二維表格形式表示的形態和建立方法。交互式SQL語言實驗課是在學生學習了關系數據庫語言SQL的理論知識后進行的，通過交互式方式，在SQL Server中完成表和視圖的定義、數據的查詢以及數據更新操作。完整性控制和恢復實驗的目的是讓學生對SQL Server中表的完整性和數據恢復有直觀感受，能夠獨立地根據需要設置數據庫完整性控制，并理解數據庫恢復的重要性。最后，在理論課結束后，再進行一個數據庫應用系統設計的大實驗，相當于課程設計。
　　跟隨式實驗是對附屬性實驗的改革，它解決了附屬性實驗理論與實踐容易脫節和遺漏的缺點，使學生對知識現學現用，容易理解，興趣較高。在近幾年的教學中，我們采用跟隨式實驗，學生的實踐能力得到了明顯提高。但跟隨式實驗沒有考慮到學生運用程序設計語言開發數據庫應用系統的困難，在數據庫應用系統設計的大實驗中，往往完成得較粗糙。
　　3.3結構化實踐教學
　　結構化實踐教學是將數據庫原理及應用課程分成3個部分，分別為數據庫原理40學時的理論課、面向對象程序設計20學時和數據庫課程設計20學時，如表2所示。
　　其中，數據庫原理為理論課，講述數據庫設計的基本理論。面向對象的程序設計課為實踐課，通常安排在機房上課，一人一機。考慮到開發數據庫的支持性與面向對象程序設計的通用性，選擇PowerBuilder程序設計語言作為編程語言。課程設計課也是在機房上課，主要內容分為兩部分，一為學習SQL Server或Oracle數據庫管理系統，第二為課程設計。教師準備8～10個數據庫課程設計課題，一般選擇較為實用、貼近生活、學生容易理解的課題，比如學生成績管理系統、圖書管理系統、工資管理系統等。學生分成3～4人的小組，每組選擇一個課題。學生從數據庫設計規劃、系統需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計，再到物理結構設計，最后結合程序設計語言完成數據庫應用行為設計。
　　
　　結構化實驗教學與數據庫課程內容體系模式相一致，能夠較好地解決在數據庫理論知識與實踐內容學習中的脫節問題，大大提高了學生采用數據庫設計思想，結合程序設計語言進行數據庫開發的能力。通常在學習了數據庫原理及應用結構化教學內容后，絕大部分學生都能深刻理解數據庫的設計過程，通過小組合作解決問題，提高自主學習能力，并能夠獨立完成一個小型數據庫應用系統的開發。
　　4考核方法與教學效果分析
　　按照結構化實踐教學的過程，我們對學生成績考核方法也進行了相應改革。考核分為3個部分，分別為數據庫原理的筆試考核、程序設計能力考核以及課程設計考核。在原理的筆試考核中，并不單純以期末理論考試為評分依據，還融入了平時成績以及課堂實踐的考核。成績標準為筆試成績(50%)+單元測試成績(40%)+平時表現成績(10%)。程序設計課程用考查方法檢驗成績，即上機考試，按照完成的既定程序設計科目給分。課程設計的成績評定也分為3個部分，分別為程序演示(50%)+課程設計報告(30%)+答辯(20%)，按小組評定成績。通過多角度全方面考核，根據學生掌握知識和實際付出的努力情況進行成績評定，有助于教師掌握學生對知識的理解和熟練應用程度，還可以正確反映學生實際學習情況。
　　通過結構化實踐教學，該課的教學效果顯著提高。在近3個學期的數據庫課程教學中，數據庫原理及應用三個階段的課程成績中，綜合成績在80分以上的人數比例占到了35%，較之過去的20%有了大幅度提高。成績在70～80分之間的人數比例占到45%，較過去的30%也提高了很多。不及格率由過去的10%下降到了3%左右。學生在學習完數據庫原理及應用結構化課程體系后，在畢業設計以及程序設計比賽中都體現出了較強的能力。
　　5結語
　　數據庫原理及應用是一門理論性和實踐性都較強的課程，只有加強實踐教學的訓練，理論知識才能得到有效鞏固。在多年的教學過程中，我們不斷對實踐環節進行改革與探索，加強實踐教學，通過專門開設課程設計這門課，讓學生在完成一個有分量的課題作業的過程中，多練習、自己學，在做中學。實踐表明，數據庫原理及應用課程的實踐教學改革，提高了學生的學習興趣，培養了學生使用數據庫原理和方法解決實際問題的能力，提高了學生的分析、歸納、設計和編程的能力，加強了學生自主學習和實際動手能力，提高了學生團隊合作以及研究創新能力。
　　隨著計算機科學的不斷發展，數據庫技術也在不斷的發展中。隨著教學內容的不斷更新，我們除了在教材建設方面下功夫，教學方法也需要不斷改革和創新。因此，我們將根據學生情況，及時總結教學經驗，調整教學方法，設計實踐教學環節，注意教學節奏，結構化分階段地進行實踐教學，使數據庫原理及應用課程的整個實踐教學更加合理、完善。
　　
　　參考文獻：
　　[1]